燃料电池的气流场板、双极板和燃料电池的制作方法

1.本公开涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池的气流场板、双极板和燃料电池。


背景技术：

2.双极板是燃料电池中的重要结构，在燃料电池中通常包括叠置的多组双极板，每组双极板包括一个阴极板和一个阳极板，阴极板和阳极板叠置。相邻两组双极板之间夹有膜电极，氢气在阳极板发生氧化反应，生成氢离子和电子，氢离子穿过膜电极迁移至阴极板，氧气在阴极板发生还原反应与氢离子生成水。此过程电子在膜电极上迁移以形成电流。
3.相关技术中，阳极板和阴极板中的至少一个的侧面会设置多条过桥槽，且对应阳极板和阴极板上还会设置供气体通过的多条流场槽，分别于引导氢气和空气(或氧气)，多条流场槽的一侧均连接在贯通阳极板和阴极板的板面的连接通道上。以阳极板为例，过桥槽和流场槽可以分别位于阳极板的两侧，其中，过桥槽的一端和阳极板的气体入口连通，过桥槽的另一端和连接通道连通，这样气体通过气体入口进入过桥槽后，经连接通道就可以从阳极板的一侧面流动至另一侧面的流场槽，以在流场槽内实现后续反应进行发电。
4.然而，由于相关技术中的气体入口的长度小于连接通道的长度，为确保连接在气体入口和连接通道之间的过桥槽能将气体均匀地分配至连接通道，以及和连接通道连接的流场槽内。需要使各个过桥槽呈辐射状连接在连接通道的一侧，即过桥槽多与连接通道的侧壁相互倾斜。这样当气体从过桥槽流动至连接通道时，会在过桥槽和连接通道的交界区域产生湍流、涡流，以影响气体均匀地分散至连接通道和流场槽内各处，影响燃料电池的效率。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种燃料电池的气流场板、双极板和燃料电池，能在气体通过过桥槽进入连接通道和流场槽时，减少湍流、涡流的产生，使气体均匀地分散至连接通道和流场槽各处，保证燃料电池的效率。所述技术方案如下：
6.本公开实施例提供了一种燃料电池的气流场板，所述气流场板包括板体，所述板体具有气体入口和第一过桥通道区，所述气体入口贯通所述板体，所述第一过桥通道区包括多条过桥槽，所述过桥槽包括相连的第一连接段和第二连接段，所述第一连接段与所述气体入口连通，所述第二连接段与用于和所述第一过桥通道区连通的第一条状连接通道连通，且所述第二连接段与所述第一条状连接通道的延伸方向垂直。
7.在本公开实施例的一种实现方式中，所述板体还具有与所述第一过桥通道区连通的第一条状连接通道，所述第一条状连接通道贯通所述板体，所述第二连接段垂直于所述第一条状连接通道的延伸方向且与所述第一条状连接通道连通。
8.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述板体还具有条状连接槽，所述条状连接槽的横截面和与所述第一过桥通道区连通的第一条状连接通道的横截面相同，且所述条
状连接槽被配置为与所述第一条状连接通道正对连接，所述条状连接槽与所述过桥槽位于所述板体的同侧，所述第二连接段垂直于所述条状连接槽的延伸方向且与所述条状连接槽连通。
9.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述过桥槽还包括第三连接段，所述第三连接段和所述第二连接段分别位于所述第一连接段的两端，所述第三连接段的一端与所述第二连接段连通，所述第三连接段的另一端与所述气体入口的侧壁垂直。
10.在本公开实施例的另一种实现方式中，多条所述过桥槽的第二连接段的长度均相同，多条所述过桥槽的第三连接段的长度均相同。
11.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述第二连接段的长度和所述第三连接段的长度均不小于1.5mm。
12.在本公开实施例的另一种实现方式中，同一所述过桥槽中，所述第一连接段与所述第二连接段呈钝角分布，所述第一连接段与所述第三连接段呈钝角分布。
13.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述板体还具有气体出口和第二过桥通道区，所述气体出口贯通所述板体，所述第二过桥通道区和所述第一过桥通道区位于所述板体的同侧，所述第二过桥通道区与所述第一过桥通道区结构相同，所述第二过桥通道区的一侧与所述气体出口连通，所述第二过桥通道区的另一侧与和所述第一过桥通道区连通的流场区连通。
14.本公开实施例提供了一种燃料电池的双极板，所述双极板包括前文所述的燃料电池的气流场板。
15.本公开实施例提供了一种燃料电池，所述燃料电池包括前文所述的双极板。
16.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
17.本公开实施例提供的燃料电池的气流场板包括板体，板体上的第一过桥通道区包括多条过桥槽，过桥槽的第一连接段和气体入口连通，过桥槽的第二连接段和与第一过桥通道区连通的第一条状连接通道连通，且过桥槽的第一连接段和第二连接段是连通的，所以气体通过气体入口进入第一过桥通道的过桥槽后，能进入到第一条状连接通道，由于第一条状连接通道是和板体上的流场槽连通的，因而得以将气体引导至流场槽，以便进行反应发电。
18.由于过桥槽中和第一条状连接通道连接的是第二连接段，且第二连接段是和第一条状连接通道的延伸方向垂直的，相较于相关技术中，倾斜布置的过桥槽和连接通道，气体通过第二连接段进入第一条状连接通道时，由于第二连接段的槽壁没有和第一条状连接通道倾斜，因而不会改变气体的流动方向，所以能在第一条状连接通道和第二连接段的交界区域，有效减少湍流和涡流的产生，以使得气体能均匀地分散至第一条状连接通道各处，进而使得气体均匀地分散至各个流场槽内，保证燃料电池的效率。
附图说明
19.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是相关技术提供的一种的燃料电池的气流场板的结构示意图；
21.图2是本公开实施例提供的一种燃料电池的气流场板的结构示意图；
22.图3是本公开实施例提供的一种燃料电池的气流场板的局部放大示意图；
23.图4是本公开实施例提供的一种燃料电池的气流场板的部分结构示意图；
24.图5是本公开实施例提供的一种燃料电池的气流场板的部分结构示意图。
25.图中各标记说明如下：
[0026]1‑
板体，10
‑
气体入口，11
‑
条状连接槽，12
‑
气体出口；
[0027]2‑
第一过桥通道区，21
‑
过桥槽，211
‑
第一连接段，212
‑
第二连接段，213
‑
第三连接段；
[0028]
31
‑
第一条状连接通道，32
‑
第二条状连接通道；
[0029]4‑
第二过桥通道区；
[0030]5‑
流场区；
[0031]
a
‑
连接通道。
具体实施方式
[0032]
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
[0033]
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
[0034]
图1是相关技术提供的一种的燃料电池的气流场板的结构示意图。气流场板为阳极板和阴极板中的任一种。如图1所示，该气流场板的板面上设有气体入口10、过桥槽21、连接通道a和流场区5，气体入口10和过桥槽21连通，过桥槽21和连接通道a连通，流场区5的一侧与连接通道a连通，因而气体能够通过气体入口10进入过桥槽21，并从连接通道a流向流场区5。
[0035]
如图1所示，气体入口10的长度小于连接通道a的长度，为确保连接在气体入口10和连接通道a之间的过桥槽21能将气体均匀地分配至连接通道a，以及和连接通道a连接的流场区5内。需要使各个过桥槽21呈辐射状连接在连接通道a的一侧，即过桥槽21多与连接通道a的侧壁相互倾斜。这样当气体从过桥槽21流动至连接通道a时，会在过桥槽21和连接通道a的交界区域产生湍流、涡流，以影响气体均匀地分散至连接通道a和流场区5各处，影响燃料电池的效率。
[0036]
为此，本公开实施例提供了一种燃料电池的气流场板。图2是本公开实施例提供的一种燃料电池的气流场板的结构示意图。如图2所示，该气流场板包括板体1，板体1具有气
体入口10和第一过桥通道区2，气体入口10贯通板体1。
[0037]
图3是本公开实施例提供的一种燃料电池的气流场板的局部放大示意图。图3中示意的是图2中x处的放大图，如图3所示，第一过桥通道区2包括多条过桥槽21，过桥槽21包括相连的第一连接段211和第二连接段212，第一连接段211与气体入口10连通，第二连接段212与用于和第一过桥通道区2连通的第一条状连接通道31连通，且第二连接段212与第一条状连接通道31的延伸方向垂直。
[0038]
本公开实施例提供的燃料电池的气流场板包括板体1，板体1上的第一过桥通道区2包括多条过桥槽21，过桥槽21的第一连接段211和气体入口10连通，过桥槽21的第二连接段212和与第一过桥通道区2连通的第一条状连接通道31连通，且过桥槽21的第一连接段211和第二连接段212是连通的，所以气体通过气体入口10进入第一过桥通道的过桥槽21后，能进入到第一条状连接通道31，由于第一条状连接通道31是和板体1上的流场槽连通的，因而得以将气体引导至流场槽，以便进行反应发电。
[0039]
由于过桥槽21中和第一条状连接通道31连接的是第二连接段212，且第二连接段212是和第一条状连接通道31的延伸方向垂直的，相较于相关技术中，倾斜布置的过桥槽21和连接通道，气体通过第二连接段212进入第一条状连接通道31时，由于第二连接段212的槽壁没有和第一条状连接通道31倾斜，因而不会改变气体的流动方向，所以能在第一条状连接通道31和第二连接段212的交界区域，有效减少湍流和涡流的产生，以使得气体能均匀地分散至第一条状连接通道31各处，进而使得气体均匀地分散至各个流场槽内，保证燃料电池的效率。
[0040]
本公开实施例中，气流场板为燃料电池中的阳极板或阴极板，阳极板和阴极板的板体1上均包括第一过桥通道区2和贯通板体1的气体入口10。阳极板和阴极板的区别在于，用于和第一过桥通道区2连通的第一条状连接通道31的布置位置不同，由于用于向阳极板通入气体的气体入口10和用于向阴极板通入气体的气体入口10分别位于气流场板的不同位置，第一条状连接通道31通常是靠近对应的气体入口10布置的，所以阳极板和阴极板的第一过桥通道区2的在气流场板的位置不同。
[0041]
在本公开的一些实现方式中，图4是本公开实施例提供的一种燃料电池的气流场板的部分结构示意图。如图4所示，该板体1还具有与第一过桥通道区2连通的第一条状连接通道31，第一条状连接通道31贯通板体1，第二连接段212垂直于第一条状连接通道31的延伸方向且与第一条状连接通道31连通。
[0042]
其中，气流场板是石墨板，对于该种类型的气流场板的厚度相较于金属板更厚，因而能够在气流场板上的相反两侧面同时形成第一过桥通道区2和流场区5，并让过桥槽21与第一条状连接通道31连通。这样气体从气体入口10进入第一过桥通道区2后，经过桥槽21进入到第一条状连接通道31，由于第一条状连接通道31贯通板体1，所以气体就能从气流场板的一侧面流动至另外一侧，即通过第一条状连接通道31流动至流场区5(参见图中虚线所示区域)。
[0043]
在公开的另一些实现方式中，图5是本公开实施例提供的一种燃料电池的气流场板的部分结构示意图。图5示意的是图中气流场板的另外一侧面，也即图5中示意的结构和图4中示意的结构分别是气流场板的两个相反侧面。图4和图5的区别在于，图4中气流场板的第一过桥通道区2和该气流板场的另一侧面的第一条状连接通道31是相互连通的，而图5
中气流场板的第一过桥通道区2和该气流板场的另一侧面的第一条状连接通道31不是相互连通的。
[0044]
其中，气流场板是金属板，对于该种类型的气流场板的厚度相较于石墨板更薄，因而气流场板上的第一过桥通道区2和与第一过桥通道区2连通的第一条状连接通道31通常设置在不同的两个气流场板上。
[0045]
如图5所示，该气流场板还具有条状连接槽11，气体入口10和条状连接槽11分别位于第一过桥通道区2的两侧，条状连接槽11的横截面和与第一过桥通道区2连通的第一条状连接通道31的横截面相同，且条状连接槽11被配置为与第一条状连接通道31正对连接，条状连接槽11与过桥槽21位于板体1的同侧，第二连接段212垂直于条状连接槽11的延伸方向且与条状连接槽11连通。
[0046]
其中，条状连接槽11用于和第一条状连接通道31对接，且条状连接槽11的横截面和第一条状连接通道31的横截面相同，也即一个气流场板上的条状连接槽11与另一个气流场板上的第一条状连接通道31在叠置后，恰好正对连接，以使两个气流场板叠置后形成双极板。
[0047]
其中，条状连接槽11和第一条状连接通道31连通，以使得从气体入口10流入的气体能够依次通过第一过桥通道区2、条状连接槽11、第一条状连接通道31进入到流场区5内。
[0048]
由于第二连接段212是和条状连接槽11的延伸方向垂直的，而条状连接槽11又是和第一条状连接通道31对接的，所以气体通过第二连接段212进入条状连接槽11和第一条状连接通道31时，由于第二连接段212的槽壁没有和第一条状连接通道31倾斜，因而不会改变气体的流动方向，所以能在第一条状连接通道31和第一过桥通道区2的交界区域，有效减少湍流和涡流的产生，以使得气体能均匀地分散至流场区5各处，保证燃料电池的效率。
[0049]
由于相关技术中的气体入口10的长度小于各个第一条状连接通道31的长度，为确保第一过桥通道能将气体均匀地分配至各个流场区5。如图1所示，需要使各个过桥槽21呈辐射状连接在气体入口10的一侧，即过桥槽21多与气体入口10的侧壁相互倾斜。这样当气体从气体入口10流动至过桥槽21时，会在气体入口10和过桥槽21的交界区域产生湍流、涡流，以影响气体均匀地分散至第一过桥通道区2各处，影响燃料电池的效率。
[0050]
为此，本公开实施例将气体入口10和过桥槽21的连接方式做了改进，如图3所示，过桥槽21还包括第三连接段213，第三连接段213和第二连接段212分别位于第一连接段211的两端，第三连接段213的一端与第二连接段212连通，第三连接段213的另一端与气体入口10的侧壁垂直。
[0051]
由于过桥槽21与气体入口10连通的第三连接段213是和气体入口10的侧壁垂直的，相较于相关技术中，倾斜布置的过桥槽21和气体入口10，由于过桥槽21的槽壁没有和气体入口10倾斜，因而不会改变气体的流动方向，所以能在气体入口10和过桥槽21的交界区域，有效减少湍流和涡流的产生，以使得气体能均匀地分散至过桥槽21各处。
[0052]
如图3所示，多条过桥槽21的第二连接段212的长度均相同。这样通过将各个过桥槽21中的第二连接段212的长度设置成相同，使从第一过桥通道区2流入第一条状连接通道31和流场区5的气体，需要经过相同长度的第二连接段212后，才会流入到流场区5，即使得气体经过第二连接段212后能同时进入到第一条状连接通道31，以通过第一条状连接通道31继续均匀地分流至流场区5各处。
[0053]
同时，各个第二连接段212均位于第一条状连接通道31的同侧，且多个第二连接段212从第一条状连接通道31的一端至另一端，间隔排布在第一条状连接通道31的一侧，即第二连接段212也布满了第一条状连接通道31，这样从各个第二连接段212流出气体，能均匀地分布在第一条状连接通道31各处。
[0054]
示例性地，第二连接段212的长度不小于1.5mm。以避免第二连接段212长度过小而无法起到减小在过桥槽21和第一条状连接通道31的交界区域产生的湍流和涡流的作用。
[0055]
如图3所示，多条过桥槽21的第三连接段213的长度均相同。这样通过将各个过桥槽21中的第三连接段213的长度设置成相同，使从气体入口10流入第三连接段213的气体，需要经过相同长度的第三连接段213后，才会流入到第一连接段211。
[0056]
同时，各个第三连接段213均位于气体入口10的同侧，且多个第三连接段213从气体入口10的一端至另一端，间隔排布在第三连接段213的一侧，即第三连接段213也布满了气体入口10，这样从气体入口10流出气体，能均匀地分布在各个第三连接段213内。
[0057]
示例性地，第三连接段213的长度不小于1.5mm。以避免第三连接段213长度过小而无法起到减小在气体入口10和过桥槽21的交界区域产生的湍流和涡流的作用。
[0058]
可选地，如图3所示，同一过桥槽21中，第一连接段211与第二连接段212呈钝角分布，第一连接段211与第三连接段213呈钝角分布。也即第一连接段211的延伸方向和第二连接段212的延伸方向之间存在夹角，且第一连接段211与第二连接段212之间的夹角大于90度，这样气体经过第一连接段211后会与第二连接段212的槽壁相互碰撞，并改变气体的流向，即使得气体能均匀地分散至和第二连接段212连接的第一条状连接通道31的各处位置，进而使得气体能均匀地分布在流场区5，提高燃料电池的效率。
[0059]
同时，第一连接段211与第二连接段212之间的夹角大于90度，这样能避免第一连接段211与第二连接段212之间的夹角过小，导致气体经过该夹角时，气体流向改变的角度过大而损耗气体的流动动力，使得气体能稳定可靠地被输送至第一条状连接通道31和流场区5。
[0060]
其中，第一连接段211的延伸方向和第三连接段213的延伸方向之间也存在夹角，且第一连接段211与第三连接段213之间的夹角也大于90度，与上述类似，也能避免气体流向改变的角度过大而损耗气体的流动动力，使得气体能稳定可靠地被输送至第一条状连接通道31。
[0061]
可选地，如图2所示，板体1还具有气体出口12和第二过桥通道区4，气体出口12贯通板体1，第二过桥通道区4和第一过桥通道区2位于板体1的同侧，第二过桥通道区4与第一过桥通道区2结构相同，第二过桥通道区4的一侧与气体出口12连通，第二过桥通道区4的另一侧与和第一过桥通道区2连通的流场区5连通。
[0062]
如图2所示，第二过桥通道区4包括多条过桥槽21，过桥槽21包括第一连接段211、第二连接段212和第三连接段213，第二连接段212、第一连接段211和第三连接段213依次相连。其中，板体1上还具有第二过桥通道区4连通的第二条状连接通道32，第二条状连接通道32贯通板体1，第二条状连接通道32用于和流场区5中的流场槽连通，第二连接段212垂直于第二条状连接通道32的延伸方向且与第二条状连接通道32连通，第三连接段213垂直于气体出口12且与气体出口12连通。
[0063]
其中，以气体入口10为气体进入流场区5的通道为例，气体通过气体入口10流动至
第一过桥通道区2，然后经第一条状连接通道31进入流场区5，接着经过流场区5后，通过第二条状连接通道32进入第二过桥通道区4，最后通过和第二过桥通道区4连通的气体出口12排出。
[0064]
通过设置第二过桥通道区4与第一过桥通道区2的结构相同，使得第二过桥通道区4也具备第一过桥通道区2相同的作用，使气体能均匀地分配至条状连接通道和流场区5，即气体的通入方向也可逆，方便使用。
[0065]
本公开实施例提供了一种燃料电池的双极板，该双极板包括图2至图5所示的任一种燃料电池的气流场板。
[0066]
本公开实施例提供了一种燃料电池，该燃料电池包括前文所述的双极板。
[0067]
以上，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。